近日，等离子体物理与聚变工程系的李俊研究员课题组在宽频带激光驱动下的双等离子体衰变（TPD）不稳定性研究方面取得了重要进展。该研究揭示了宽频带激光强度的时间调制如何反常地增强TPD产生的超热电子，并获取了抑制超热电子需要的最小频率带宽和激光等离子体状态的定标率，为未来实验设计提供了理论依据。相关成果以“Anomalous hot electron generation from two-plasmon decay instability driven by broadband laser pulses with intensity modulations”为题，发表在核聚变领域知名期刊《Nuclear Fusion》上。论文的第一作者为23级博士研究生姚灿，通讯作者为李俊研究员，工程科学学院闫锐教授和北京应用物理与计算数学研究所郝亮研究员。
在惯性约束聚变（ICF）过程中，激光等离子体不稳定性是影响激光能量传递给氘氚燃料的关键问题之一，其中双等离子体衰变（TPD）能够产生超热电子预热未压缩燃料，降低内爆效率，需要被有效抑制。宽频带激光近年来被认为能够抑制此类不稳定性及其引发的超热电子，是一种潜在的解决方案。然而，近期在“昆吾”宽频带激光装置上的实验发现，中等频率带宽的宽带光反而比传统窄带光产生了更多的超热电子，这一反常现象尚无成熟解释，也为未来的研究带来了新的挑战和机遇。
李俊研究员团队的工作首次指出，在中等频率带宽条件下，激光强度的调制频率与TPD增长率接近，使得TPD的强度和超热电子的产生随光强变化而同步变化，并在光强峰值出爆发出大量超热电子，导致超热电子总能量显著增加（图1）。此外，该研究还进一步研究了抑制超热电子所需的最小频率带宽阈值，并获得了该阈值与激光等离子体状态的定标关系（图2），为未来相关实验设计提供了理论依据。该项研究得到了国家自然科学基金委，中国科学院先导专项等基金资助。
图 1：TPD产生的超热电子能量份额（纵坐标）随光强调制频率（横坐标）的变化。
其中两条曲线代表两个光强下宽带光产生的超热电子份额，水平的红色虚线标出了相应光强下窄带光产生的超热电子份额。
课题组在上海激光等离子体研究所“昆吾”宽频带激光装置的首轮对外开放实验中获取发次，并于今年八月初成功开展了相关实验。本研究成果将为目前已经完成和未来将进行的实验设计和物理分析提供有效帮助。论文链接：https://doi.org/10.1088/1741-4326/ad6c62
等离子体物理与聚变工程系简介：
等离子体物理与聚变工程系（校内编号52系）自2020年成立以来，已成为中国首个专注于等离子体物理与聚变工程教学与研究的系级机构。其前身是成立于1974年的等离子体物理教研室。目前，52系具有应用物理和工程物理两个本科专业，招收物理学(等离子体物理）、核科学技术(核能工程)、能源动力三个专业的研究生。